JP2022191573A

JP2022191573A - 車載制御装置

Info

Publication number: JP2022191573A
Application number: JP2021099866A
Authority: JP
Inventors: 充孝西田; Mitsutaka Nishida
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2021-06-16
Filing date: 2021-06-16
Publication date: 2022-12-28
Anticipated expiration: 2041-06-16
Also published as: JP7118216B1

Abstract

【課題】複数のコネクタからの外来ノイズによる誤動作を抑制しつつ、柔軟な基板変更による機能の拡張を行う車載制御装置を提供する。【解決手段】車載制御装置１００において、金属カバーと金属ベースで構成された金属筐体にインターフェース基板４と制御基板６が収納される。インターフェース基板４には、メインバッテリ１０１と、サブバッテリ１０２と、から夫々外部接続コネクタ１ａ、１ｂに信号が供給されて、夫々の信号に対してインターフェース基板４上でフレームＧＮＤ４１との間にカップリングコンデンサ４５が設けられる。制御基板６へは、メインバッテリ１０１及びサブバッテリ１０２夫々に対応する基板間コネクタ５ａ、５ｂを介して信号が供給される。制御基板６と、インターフェース基板４とは、着脱可能である。【選択図】図４

Description

本願は、車載制御装置に関するものである。

従来、複数基板を一つの筐体に収納して、基板同士の接続を着脱することにより基板を交換し、機能を変更、更新、追加する技術は広く制御機器に用いられている。基板を着脱して交換する場合に、交換作業が容易に安全にできる工夫がされた機器あるいは、基板の交換あるいは変更により、将来に渡って性能の向上が行えるような機能拡張性を持たせた機器は、組立パソコン等に代表されるように広く用いられている。

例えば、特許文献１によれば、筐体に固定されたマザーボードとなる第３の基板に対して、当該基板の両面に垂直に第１の基板と第２の基板を接続する接続部を複数備えた機器が提案されており、機器の外部との接続部も第２の基板に設けることで、周辺機器との接続の配線の接続切り替えを容易にするとともに、第１の基板と第２の基板の着脱が容易な構造とすることで、組み立てを簡素化する機器が提案されている。マザーボードに複数のコネクタを設けることでケーブル接続基板を交換することで拡張性を持たせるとともに、各ケーブル接続のインターフェースに応じた制御基板も交換できるようになっている。

また特許文献２によれば、一つのボックス内に複数のＥＣＵ基板と共通回路基板とを収納しており、共通回路基板と各ＥＣＵ基板とはカードエッジまたは基板コネクタで接続し、外部電装品とのワイヤハーネスによる接続は、一部はＥＣＵ基板上のワイヤハーネス接続用コネクタで行い、電源などの主要な入出力インターフェースは共通回路基板に接続して背の高い部品を共通回路基板へ搭載することにより、各ＥＣＵ基板の薄型化が可能になるＥＣＵ集中収容箱が提案されている。これにより、複数のＥＣＵをワイヤハーネスで接続せずに共通回路基板を介して接続することができるようになっており、各ＥＣＵ基板に搭載する回路は必要最小限にすることができる。またカードエッジあるいは基板間コネクタで基板を接続することにより脱着、交換も可能な構成になっており、ＥＣＵ基板側へも外部のワイヤハーネス接続用コネクタを設けることで、将来的に基板追加による機能の拡張あるいは基板変更による機能アップも容易にできるようになっている。

特開平７－６８３７号公報特開２０１１－１０８９５５号公報

しかしながら、特許文献１においては、マザーボードとなる第３の基板上のコネクタに制御基板あるいはインターフェース基板を挿入することで、機能拡張することに言及されているが、マザーボードと接続する基板が垂直になっているため、機能拡張をするためにはあらかじめ大きなスペースを筐体内に確保しておく必要がある。また外部と接続する基板を拡張することができる構成となっているが、仮に外部との各接続ケーブルにそれぞれＧＮＤが含まれていた場合、複数の基板に別々のＧＮＤ配線が接続されることとなるため、各接続ケーブルに伝導ノイズが重畳した場合に、複数の基板間のＧＮＤの電位差が生じやすくなることが想定され、制御基板の誤動作が発生しやすくなる可能性がある。

また、特許文献２においては、共通回路基板に複数のＥＣＵ基板を基板間コネクタ等で接続し、共通基板へ大型部品を搭載することについて言及されており、ＥＣＵ基板を小型化、薄型化して交換したり、拡張したりすることが容易である構成となっているが、特許文献１と同様に、将来的に基板追加による機能拡張を行う場合には、共通回路基板へ基板間コネクタ等を予め準備しておき、ＥＣＵ集中収容筐体に追加するＥＣＵ基板の搭載スペースを確保しておく必要があり、ＥＣＵ集中収容筐体のサイズが大きくなってしまう。

本願は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、複数のコネクタからの外来ノイズによる誤動作を抑制しつつ、接続される制御基板の回路規模が変化した場合においても、基板収納筐体のサイズへ大きな影響を与えることなく、機能の拡張性が可能な車載制御装置を提供することを目的とする。

本願に開示される車載制御装置は、外部と接続するインターフェース基板と外部情報を受けて制御を行う制御基板を含む複数枚の基板を収納可能な金属筐体を構成する金属カバーと金属ベース、インターフェース基板を外部と接続する第一の外部接続コネクタおよび第二の外部接続コネクタを備え、第一の外部接続コネクタは第一の基板間コネクタに、第二の外部接続コネクタは第二の基板間コネクタへ、それぞれインターフェース基板において接続されており、第一の基板間コネクタおよび第二の基板間コネクタは制御基板に接続される車載制御装置であって、第一の外部接続コネクタにはメインバッテリから供給される電源とＧＮＤを含む制御信号が接続され、第二の外部接続コネクタにはサブバッテリから供給される電源とＧＮＤを含む制御信号が接続されており、第一の外部接続コネクタと第二の外部接続コネクタから供給される各制御信号は、インターフェース基板に設けられた金属ベースと電気的に接続されているフレームＧＮＤとの間のカップリングコンデンサを介して供給され、第一の外部接続コネクタと第二の外部接続コネクタはインターフェース基板のシステムＧＮＤを介して接続されるとともに、第一の基板間コネクタおよび第二の基板間コネクタを介して制御基板のシステムＧＮＤへ接続されており、制御基板はインターフェース基板と着脱可能である。

本願の車載制御装置によれば、インターフェース基板上でカップリングコンデンサを介してメインバッテリとサブバッテリはフレームＧＮＤに接続されているため、例えばメインバッテリのハーネスにのみノイズが重畳した場合においても、インターフェース基板内ではメインバッテリとサブバッテリとＧＮＤは低インピーダンスで結合され、ハーネス重畳ノイズの影響を受けにくい。またＧＮＤもメインバッテリとサブバッテリに分かれて、第一及び第二の基板間コネクタに接続されているため、制御基板においてはメインバッテリのＧＮＤとサブバッテリのＧＮＤは別のＧＮＤとして分離することができ、例えばメインバッテリの制御基板上の回路で負荷変動が非常に大きく、大きなＧＮＤ変動が発生する場合においても、サブバッテリの制御基板上の回路にはほとんど影響がないため、ＧＮＤを分けることで負荷変動が大きい回路とセンシティブな回路を分離して構成することができる。また、インターフェース基板と制御基板は脱着可能になっていることから、制御基板は電源ハーネスからの外来ノイズの影響を気にすることなく交換が可能となっており、製品機能のバリエーション展開あるいは、オプション展開が安価に実現できる。

実施の形態１に係る車載制御装置の一部を断面表示にて示す断面図である。実施の形態１に係る車載制御装置における基板の配置構成を説明する上面図である。実施の形態１に係る車載制御装置の組み立てイメージを示す斜視図である。実施の形態１に係る車載制御装置の回路図である。実施の形態２に係る車載制御装置における基板の配置構成を説明する上面図である。実施の形態２に係る車載制御装置の組み立てイメージを示す斜視図である実施の形態３に係る車載制御装置の一部を断面表示にて示す断面図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る車載制御装置１００の要部を断面して左側面側から見た断面図を示している。図２は、金属筐体の金属カバー２を外した状態で上面から見た組立図を示している。図３は、金属筐体と各基板の組付けイメージを示した斜視図である。図４は、本実施の形態でのインターフェース基板４、制御基板６の基板間を含めた接続構成を示す回路結線図である。まず図１の断面図に基づいて、本実施の形態１における車載制御装置の基本的な構成について説明する。

図１に示すように、車載制御装置１００は金属筐体を構成する金属カバー２と金属ベース３の内部には、インターフェース基板４と制御基板６が収納されている。金属カバー２は、図３に示すように、第一の金属カバー２ａと第二の金属カバー２ｂで構成されている。金属筐体の一方（図１において左側）に設けた開口部には、インターフェース基板４の上（表面）に実装された外部接続を行うための外部接続コネクタ１が設けられている。外部接続コネクタ１は、図２、図３に示すように、第一の外部接続コネクタ１ａ、第二の外部接続コネクタ１ｂで構成されている。また、基板間コネクタ５は、第一の基板間コネクタ５ａと第二の基板間コネクタ５ｂを備えており、制御基板６は、第一の制御基板６ａと第二の制御基板６ｂで構成されており、中継用基板間コネクタ７は、第一の中継用基板間コネクタ７ａと第二の中継用基板間コネクタ７ｂを備えている。なお、図１においては、第一の外部接続コネクタ１ａ、第一の金属カバー２ａ、第一の基板間コネクタ５ａ、第一の制御基板６ａ、第一の中継用基板間コネクタ７ａの部分における構造を示しているが、対をなす、第二の外部接続コネクタ１ｂ、第二の金属カバー２ｂ、第二の基板間コネクタ５ｂ、第二の制御基板６ｂ、第二の中継用基板間コネクタ７ｂの部分においても同様に構成されている。

インターフェース基板４と制御基板６は基板間コネクタ５を介して接続されており、基板間コネクタ５が表面に実装されたインターフェース基板４の裏面が対向する金属ベース３の内面には、金属ベース３からインターフェース基板４に近接して対向するように基板間コネクタ支え用突起９が設けられている。同様に、基板間コネクタ５が裏面に実装された制御基板６の表面が対向する金属カバー２の内面には、金属カバー２から制御基板６に近接して対向するように基板間コネクタ支え用突起９が設けられている。

またインターフェース基板４は、外部接続コネクタ１が実装される領域には金属筐体の金属ベース３と電気的に接続されるフレームＧＮＤ（Ground）４１の内層部に設けられたフレームＧＮＤパターン４２（図２、図４参照）が設けられており、基板間コネクタ５が実装される領域には制御基板６のＧＮＤ層に基板間コネクタ５を介して電気的に接続されているシステムＧＮＤ４３の内層部にシステムＧＮＤパターン４４（図２、図４参照）が設けられている。

また制御基板６には発熱が大きい電子部品６２が実装されており、電子部品６２による発熱は、伝熱材６３を介して金属カバー２に放熱される。

次に図２に基づいて、本実施の形態１での複数の制御基板６ａ、６ｂを搭載する構成について説明する。

図１の制御基板６は、実際には第一の制御基板６ａと第二の制御基板６ｂに分かれており、第一の制御基板６ａと第二の制御基板６ｂの下面（裏面）に設けた第一の基板間コネクタ５ａと第二の基板間コネクタ５ｂは、それぞれインターフェース基板４の上面（表面）に設けた第一の基板間コネクタ５ａと第二の基板間コネクタ５ｂに接続される。

インターフェース基板４の上面（表面）には、第一の基板間コネクタ５ａ、第二の基板間コネクタ５ｂと平面方向に対向する位置に第一の外部接続コネクタ１ａ、第二の外部接続コネクタ１ｂを実装している。インターフェース基板４は、金属ベース３とはネジ締結にて接続固定されている。

ここで、第一の制御基板６ａと第二の制御基板６ｂは両制御基板同士が重ならずに平面方向に横に並んで配置されている。第一の制御基板６ａの下面（裏面）には、第一の基板間コネクタ５ａが実装されている辺と反対側の辺に近く、且つ第一の制御基板６ａと第二の制御基板６ｂが対向する辺に近接する位置に第一の中継用基板間コネクタ７ａが実装されている。同様に、第二の制御基板６ｂの下面（裏面）にも第一の制御基板６ａに対向する辺で且つ中継用基板間コネクタ７ａに対向する位置に第二の中継用基板間コネクタ７ｂを実装している。

各制御基板に設けられた第一の中継用基板間コネクタ７ａと第二の中継用基板間コネクタ７ｂのそれぞれは、金属ベース３にネジ固定された中継基板８に設けられた第一の中継用基板間コネクタ７ａと第二の中継用基板間コネクタ７ｂにそれぞれが接続され、第一の制御基板６ａと第二の制御基板６ｂは、中継基板８を介して接続されている。

次に本実施の形態１の組付け図である図３を用いて、組付け構成を説明する。

金属カバー２は第一の金属カバー２ａと第二の金属カバー２ｂに分かれており、それぞれ第一の制御基板６ａと第二の制御基板６ｂがネジ固定されている。また第一の制御基板６ａと第二の制御基板６ｂの上面（表面）に設けられた各電子部品６２は、それぞれ第一の金属カバー２ａと第二の金属カバー２ｂに伝熱材６３を介して、伝熱経路を確保している。

また各金属カバー２ａ、２ｂの内面には、図１にも示したように、基板間コネクタ５ａ、５ｂと中継用基板間コネクタ７ａ、７ｂに対して、基板間コネクタ５ａ、５ｂと中継用基板間コネクタ７ａ、７ｂが設けられた各制御基板６ａ、６ｂの実装位置の裏面、即ち、図１、図３において各制御基板６ａ、６ｂの上面に近接するように、基板間コネクタ支え用突起９を各２か所ずつ設けている。金属カバー２に設けられた基板間コネクタ支え用突起９に対応するように、金属ベース３の内面にも、制御基板６に設けられた基板間コネクタ５ａ、５ｂと中継用基板間コネクタ７ａ、７ｂの嵌合相手側となるインターフェース基板４の基板間コネクタ５ａ、５ｂと中継基板８の中継用基板間コネクタ７ａ、７ｂの各基板裏（下面）に近接するように、基板間コネクタ支え用突起９が４か所設けられている。

本構成から明らかなように、第一の制御基板６ａと第一の金属カバー２ａ、第二の制御基板６ｂと第二の金属カバー２ｂはそれぞれ組付けられた状態で、インターフェース基板４と中継基板８が固定された金属ベース３に、個別に脱着ができる構成となっている。

図３には示していないが、金属ベース３と金属カバー２はネジ締結等で固定することにより、一体の車載制御装置となる。

次に、図４に示す本実施の形態１の車載制御装置１００の全体の回路構成について説明する。

第一の外部接続コネクタ１ａにはメインバッテリ１０１の電源とＧＮＤおよびメイン用インターフェース４８が外部ハーネスより接続されている。また、第一の外部接続コネクタ１ａは、インターフェース基板４に設けられた配線により第一の基板間コネクタ５ａへ接続され、更に第一の制御基板６ａに設けられた第一の制御回路６１ａへ接続されている。

また同様に、第二の外部接続コネクタ１ｂにはサブバッテリ１０２の電源とＧＮＤ及びサブ用インターフェース４９が外部ハーネスより接続されている。また、第二の外部接続コネクタ１ｂは、インターフェース基板４に設けられた配線により第二の基板間コネクタ５ｂへ接続され、更に第二の制御基板６ｂに設けられた第二の制御回路６１ｂへ接続されている。

インターフェース基板４には、金属ベース３に接続するフレームＧＮＤ４１および各制御基板６ａ、６ｂの第一の制御回路６１ａの基準ＧＮＤとなるシステムＧＮＤ４３が設けられており、インターフェース基板４においてメインバッテリ１０１から供給されるＧＮＤおよびサブバッテリ１０２から供給されるＧＮＤはシステムＧＮＤ４３に接続されている。

インターフェース基板４に設けられた第一の外部接続コネクタ１ａおよび第二の外部接続コネクタ１ｂの近傍の電源あるいはＧＮＤ、制御信号の各配線には、カップリングコンデンサ４５をフレームＧＮＤ４１との間に実装しており、またインターフェース基板４に設けられた第一の基板間コネクタ５ａおよび第二の基板間コネクタ５ｂの近傍の電源あるいは配線には、フィルタコンデンサ４６をシステムＧＮＤ４３との間に実装している。

更にインターフェース基板に設けられた各電源配線あるいは信号の配線において、片端がフレームＧＮＤ４１に接続されるカップリングコンデンサ４５と片端がシステムＧＮＤ４３に接続されるフィルタコンデンサ４６の間には、これらと直列にノイズフィルタ４７を挿入して接続している。

第一の制御基板６ａと第二の制御基板６ｂの間は、中継基板８を介して接続されており、第一の制御回路６１ａからの信号は、第一の中継用基板間コネクタ７ａを介して、中継基板８に設けられた配線に接続され、また第二の中継用基板間コネクタ７ｂを介して、第二の制御回路６１ｂと接続されている。

中継基板８に設けられた配線は、第一の中継用基板間コネクタ７ａの端子と第二の中継用基板間コネクタ７ｂの端子が一対一で接続されており、中継基板８の内層部に設けられた内層ＧＮＤパターンは、また第一の制御基板６ａと第二の制御基板６ｂのシステムＧＮＤ４３が接続されて中継基板８のリファレンスＧＮＤとなっている。

中継基板８に設けられた配線パターンは様々な通信配線に用いることができるように、予めインピーダンスを考慮した配線としており、中継用基板間コネクタ７を含めたＳパラメータ（Scattering Parameter）を算出できるようにしている。

たとえば、本構成で想定されるシステムとしては下記のような用途が考えられる。

第一の制御基板６ａには、消費電流の大きいＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）あるいはＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などの高機能なプロセッサＩＣを搭載してメインの制御を行い、第一の外部接続コネクタ１ａからはＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）あるいはＣＡＮ－ＦＤ通信などの高速通信信号を接続する。また第二の制御基板６ｂには、低機能で安価なプロセッサＩＣを搭載して、第二の外部接続コネクタ１ｂからはＣＡＮ通信あるいはＬＩＮ通信などの低速通信信号を接続する。

具体的には、車載制御装置を想定している。本車載制御装置においては、第一の制御基板６ａと第二の制御基板６ｂとの間は、中継基板８を介した高速通信により接続されており、第二の制御基板６ｂに搭載しているプロセッサＩＣは第一の制御基板６ａに搭載している高機能なプロセッサＩＣを監視しており、メインバッテリ１０１あるいはメインバッテリ１０１からの給電系に異常がある場合は、第二の制御基板６ｂが第一の制御基板６ａの異常を検出して、サブバッテリ１０２でバックアップ動作させる。

上記のような構成において、車両の将来的な機能向上のために、車載制御装置の機能を向上させる必要があった場合には、例えば第一の制御基板のみを基板間コネクタを脱着して交換することで、高機能なプロセッサＩＣを交換したり、もしくは第一の制御基板と第二の制御基板の両方を交換することで、バックアップ動作を含めて車両の機能を向上させることができる。

以上のように、本実施の形態１の車載制御装置によれば、インターフェース基板４と制御基板６が収納されている金属筐体であって、インターフェース基板４には金属ベース３と電気的に接続されるフレームＧＮＤ４１が設けられ、メインバッテリ１０１はＧＮＤと共に第一の外部接続コネクタ１ａを介して第一の基板間コネクタ５ａに、サブバッテリ１０２はＧＮＤともに第二の外部接続コネクタ１ｂを介して第二の基板間コネクタ５ｂに供給され、それぞれインターフェース基板４と第一の基板間コネクタ５ａおよび第二の基板間コネクタ５ｂで接続される制御基板６に電源供給している。
また、それぞれの外部接続コネクタの端子はインターフェース基板４上でフレームＧＮＤ４１との間にカップリングコンデンサ４５がそれぞれ設けられており、第一の基板間コネクタ５ａと第二の基板間コネクタ５ｂへ接続されているＧＮＤ端子はインターフェース基板４上でシステムＧＮＤ４３として接続されると同時に制御基板のＧＮＤとなっている。またインターフェース基板４と制御基板６は基板間コネクタ５により着脱可能になっている。

したがって、メインバッテリ１０１系とサブバッテリ１０２系のどちらかのハーネスに伝導ノイズが重畳して車載制御装置１００にノイズが流入した場合、インターフェース基板４上でカップリングコンデンサ４５を介してメインバッテリ１０１系とサブバッテリ１０２系はフレームＧＮＤに接続されているため、例えばメインバッテリ１０１系のハーネスにのみノイズが重畳した場合においても、インターフェース基板内ではメインバッテリ１０１系とサブバッテリ１０２系とＧＮＤは低インピーダンスで結合され、各ハーネス重畳ノイズの影響を受けにくい特徴がある。また、このカップリングコンデンサ４５は信号配線と内層に設けたＧＮＤ層間の浮遊容量を利用して構成することで、安価に構成することも可能である。またＧＮＤもメインバッテリ１０１系とサブバッテリ１０２系に分かれて、第一及び第二の基板間コネクタに接続されているため、制御基板においてはメインバッテリ１０１系のＧＮＤとサブバッテリ１０２系のＧＮＤは別ＧＮＤとして分離することができ、例えばメインバッテリ１０１系の制御基板上の回路で負荷変動が非常に大きく、大きなＧＮＤ変動が発生する場合においても、サブバッテリ１０２系の制御基板上の回路にはほとんど影響がないため、ＧＮＤを分けることで負荷変動が大きい回路とセンシティブな回路を分離して構成することができる。また、インターフェース基板４と制御基板６は脱着可能になっていることから、制御基板６は電源ハーネスからの外来ノイズの影響を気にすることなく交換が可能となっており、製品機能のバリエーション展開あるいは、オプション展開が安価に実現できる。

また、本実施の形態１の車載制御装置によれば、インターフェース基板４の外部接続コネクタ１ａ，１ｂの下にはフレームＧＮＤパターンの層が、基板間コネクタ５ａ、５ｂの下にはシステムＧＮＤパターンの層が広く設けられており、通信インターフェース信号および入出力信号のノイズフィルタを設けている。

したがって、ノイズ流入用のＥＭＣ対策部品と、ノイズ流出用のＥＭＣ対策部品は全てインターフェース基板４上で効果的に配置することが可能となり、インターフェース基板４と脱着可能な制御基板６はＥＭＣ保護部品あるいはＥＭＣ対策部品を搭載せずに、小型、安価な回路構成とできる。また、ＥＭＣノイズで問題が発生した場合には、インターフェース基板でのＥＭＣ対策部品の追加、変更で大半の対策が可能となるため、制御基板側のＥＭＣ対策のための再設計工数を削減することができる。

また、本実施の形態１の車載制御装置によれば、基板間コネクタ５ａ、５ｂが搭載されているインターフェース基板４の裏面に対向している金属ベース３又は金属カバー２には、基板間コネクタ５ａ、５ｂの実装位置の裏側の基板に近接して対向するように、基板間コネクタ支え用突起９が設けられている。

したがって、インターフェース基板４あるいは制御基板６が金属ベース３あるいは金属カバー２に固定された状態であっても、基板間コネクタ篏合時の基板の歪みを大きく発生させることなく篏合することが可能なため、基板間コネクタの篏合長を確実に確保でき、また筐体に組付けてから組み立てが可能になるため、基板を直に抑え込んで基板間コネクタを篏合する必要が無くなり、組み立て工程を簡素化することができる。

また、本実施の形態１の車載制御装置によれば、伝熱材６３を介して金属カバー２ａへ伝熱する放熱構造を備えており、制御基板６は金属カバー２固定された状態で、インターフェース基板４および金属ベース３と着脱可能になっている。

したがって、車載制御装置から制御基板６を交換する場合には、伝熱材６３を含めた金属カバー２と制御基板６が組付けられた状態で脱着することが可能であるため、制御基板６の仕様に応じて放熱構造を変更しながら容易に交換作業が可能となる。

また、本実施の形態１の車載制御装置によれば、制御基板６は第一の制御基板６ａと第二の制御基板６ｂの２枚で構成されており、第一の基板間コネクタ５ａには第一の制御基板６ａを接続し、第二の基板間コネクタ５ｂには第二の制御基板６ｂを接続している。

したがって、インターフェース基板４上に供給されるメインバッテリ１０１系とサブバッテリ１０２系の制御基板６を必要に応じて、個別に交換または更新が可能になり、変更時のリスク抑制と費用抑制ができる。またメインバッテリ１０１系の第一の制御基板６ａとサブバッテリ１０２系の第二の制御基板６ｂの設計、開発を分けて実施した場合においても、組み合わせにおけるＥＭＣノイズのついてはインターフェース基板４上でのＥＭＣ対策検討が可能であるため、第一の制御基板６ａをアナログ系で設計し、第二の制御基板６ｂをディジタル系で設計するなど、効率よく設計分担して開発を行うことも可能である。また、インターフェース基板４上に、将来必要になりそうなプロトコルの通信配線を準備しておくことで、将来の機能拡張性を持たせることも可能である。

また、本実施の形態１の車載制御装置によれば、金属ベース３には第一の中継用基板間コネクタ７ａと第二の中継用基板間コネクタ７ｂを設けた中継基板８が備えられており、第一の中継用基板間コネクタ７ａの端子と第二の中継用基板間コネクタ７ｂの端子は前記中継基板を介して接続されており、中継基板８は、インターフェース基板４が設けられた金属ベース３の辺と対向する辺に沿った位置で、金属ベース３に固定されている。

したがって、第一の制御基板６ａおよび第二の制御基板６ｂの各基板間コネクタ５ａ、５ｂから離れた位置にプロセッサＩＣ等を配置した場合、第一の制御基板６ａと第二の制御基板６ｂ間の基板間の通信をプロセッサＩＣの近くで中継基板８を介して行うことで、両制御基板６ａ、６ｂのプロセッサＩＣ間をより高速通信による基板間通信が可能になり、第一の制御基板と第二の制御基板をより制御連携させて拡張性を持たせることが可能となる。また、各基板間コネクタによりインターフェース基板４と制御基板６との間は平行に配置固定されるため、中継用基板間コネクタ７ａ、７ｂを用いることで、振動要件が厳しくない場合は基板間コネクタのみで固定も可能であるため、その場合は筐体をシンプルな形状で安価に構成することができる。

また、本実施の形態１の車載制御装置によれば、第一の制御基板６ａは第一の金属カバー２ａ、第二の制御基板６ｂは第二の金属カバー２ｂにそれぞれ固定されており、各制御基板６ａ、６ｂに搭載されている発熱が大きい部品は伝熱材６３を介して各金属カバー２ａ、２ｂに伝熱され、それぞれの制御基板６ａ、６ｂは各金属カバー２ａ、２ｂに組付けられて一体になった状態で、個別にインターフェース基板４および金属ベース３と脱着が可能となっている。

したがって、例えば第一の制御基板６ａと第二の制御基板６ｂが独立した機能を持っている場合に、両方の制御基板６ａ、６ｂがそれぞれ金属カバー２ａ、２ｂに放熱構造を含めて組付けられて一体となっているため、個別にインターフェース基板４との脱着が可能となり、金属カバー２ａ、２ｂの両方を開封することなく、個別に安全に交換することができ、交換が必要な機能に応じて、より安価に制御基板６ａ、６ｂを交換することが可能になる。

実施の形態２．
図５および図６は、実施の形態２に係る車載制御装置の構成を示している。大部分の構成は図１に示した実施の形態１に共通であるため、特に言及が無い箇所は実施の形態１と同様とし、差異がある構成について説明する。

図５に示す金属ベース３にネジ取付けされたインターフェース基板４と中継基板８は、図２と全くの同じものである。

第一の制御基板６ａは、インターフェース基板４とほぼ同じ幅となっており、第一の基板間コネクタ５ａと第一の中継用基板間コネクタ７ａにより、インターフェース基板４と中継基板８に接続される。

また第一の制御基板６ａは、一部が切り欠かれた切り欠き部分を有する形状であり、この切り欠き部は、第二の制御基板６ｂに設けられた第二の基板間コネクタ５ｂ１と第二の中継用基板間コネクタ７ｂ１が配置できるように、これら基板間コネクタの周辺に相当する部分が切り欠かれている。

第二の制御基板６ｂは、第一の制御基板６ａとほぼ同じ最大外形となっており、実装されている第二の基板間コネクタ５ｂ１と第二の中継用基板間コネクタ７ｂ１は、第一の基板間コネクタ５ａと第一の中継用基板間コネクタ７ａよりも、嵌合高さが高い基板間コネクタとなっている。即ち、第一の制御基板６ａには、第二の基板間コネクタ５ｂ１および第二の中継用基板間コネクタ７ｂ１の高さよりも低い高さの第一の基板間コネクタ５ａおよび第一の中継用基板間コネクタ７ａが設けられ、第二の制御基板６ｂには、第一の基板間コネクタ５ａおよび第一の中継用基板間コネクタ７ａの高さよりも高い高さの第二の基板間コネクタ５ｂ１および第二の中継用基板間コネクタ７ｂ１が設けられており、第一の制御基板６ａと第二の制御基板６ｂは上下に平行に重なって配置されている

次に図６を用いて、本実施の形態２の全体の組付け構成を説明する。

インターフェース基板４と中継基板８、金属ベース３は、実施の形態１と同一のものである。

第一の制御基板６ａと第二の制御基板６ｂは基板が上下に重なるように、それぞれの基板間コネクタで接続される。

第二の制御基板６ｂには発熱が大きい電子部品６２が搭載されており、伝熱材６３を介して金属カバー２に伝熱する放熱経路を設けており、また第二の制御基板６ｂは金属カバー２とネジ固定されている。

例えば第二の制御基板６ｂを交換して、より高機能で発熱が大きい電子部品６２に交換する場合は、より熱伝導性の高い高価な伝熱材６３を用いたり、より高いヒートシンクを設けた金属カバー２と第二の制御基板６ｂが一体となったセットで交換したりすることを想定している。

第一の制御基板６ａは発熱の少ない制御回路が搭載されることを想定しており、基本的には金属カバー２側か金属ベース３側のどちらかに固定するが、振動要件が厳しくない場合には基板間コネクタのみで保持することも可能である。

上述のように、本実施の形態２の車載制御装置によれば、基板間コネクタ５ａ、５ｂおよび中継用基板間コネクタ７ａ、７ｂに対して、それぞれ２種類以上の篏合高さから選択可能であり、第一の制御基板６ａには低い高さの第一の基板間コネクタ５ａ及び第一の中継用基板間コネクタ７ａが、第二の制御基板６ｂには高い高さの第二の基板間コネクタ５ｂ１及び第二の中継用基板間コネクタ７ｂ１が搭載されて設けられており、第一の制御基板６ａと第二の制御基板６ｂは上下に平行に重なって配置されている。

したがって、同一のインターフェース基板４および中継基板８に対して、第一の制御基板６ａと第二の制御基板６ｂの回路ボリュームが大きい場合には、金属筐体の幅と奥行きは変更せずに、金属カバー２の高さのみを変更することで、上下に重ねて配置することができ、小型、高密度に制御基板を収納できる。また、インターフェース基板４および金属ベース３は共通にして、第一の制御基板６ａと第二の制御基板６ｂが横並びの仕様と、上下配置の仕様を制御対象のボリュームによって選択することができる。

実施の形態３．
図７は実施の形態３の車載制御装置１００の断面構造図である。実際には図２、図３に示すように２つの外部接続コネクタ１ａ、１ｂおよび制御基板６ａ、６ｂが存在しているが、以降の図７の説明は、第一の外部接続コネクタ１ａの側と第二の外部接続コネクタ１ｂの側のどちらであっても同じである。

図７に示す車載制御装置１００には、金属筐体の金属カバー２と金属ベース３の内部にインターフェース基板４と制御基板６が収納され、インターフェース基板４の上面には外部と接続する外部接続コネクタ１と制御基板６に接続する基板間コネクタ５が実装されている。

また、金属ベース３と金属カバー２の内面には、インターフェース基板４と制御基板６の裏面に対し、金属ベース３と金属カバー２からそれぞれインターフェース基板４と制御基板６に近接して対向する基板間コネクタ支え用突起９が設けられている。なお、図７では、インターフェース基板４において、外部接続コネクタ１が設けられている面（上面）を表面とし、外部接続コネクタ１が設けられていない面（下面）を裏面として説明している。また、制御基板６において、電子部品６２、伝熱材６３が設けられている面（下面）を表面とし、電子部品６２、伝熱材６３が設けられていない面（上面）を裏面として説明している。

本実施の形態３ではインターフェース基板４と制御基板６には基板が上下方向に重なっていない領域を有しており、この領域の金属ベース３にはヒートシンク部３１が設けられ、制御基板６に設けられた発熱する電子部品６２からの発熱は伝熱材６３を介して伝熱放熱されている。

上述のように、本実施の形態３の車載制御装置によれば、制御基板６に搭載している電子部品６２の少なくとも一部は、伝熱材６３を介して金属ベース３へ伝熱する放熱構造を備えており、制御基板６は金属カバー２に固定された状態で、インターフェース基板４および金属ベース３と着脱可能になっている。

したがって、車載制御装置から制御基板６を交換する場合には、伝熱材６３を含めた金属カバー２と制御基板６が組付けられた状態で脱着することが可能であるため、制御基板６の仕様に応じて放熱構造あるいはヒートシンクを変更しながらも容易に交換作業が可能となり、例えば放熱性能向上のため大型のヒートシンクを備えた金属カバーと制御基板６を一体にして交換をすることで、容易且つ安全に車載制御装置の機能拡張を行うことができる。

また、本実施の形態３の車載制御装置によれば、インターフェース基板４は制御基板６よりも面積が小さく、金属ベース３のインターフェース基板４を搭載していない領域、すなわち、インターフェース基板４が存在していない部分にはヒートシンク部３１が一体となって備えられており、制御基板６に設けられた電子部品６２の発熱は伝熱材６３を介してヒートシンク部３１によって放熱される。

したがって、通常はヒートシンク部分の高さの分だけ筐体がサイズアップするヒートシンク部３１を、インターフェース基板４を固定していない金属ベース３のスペースを有効利用して設けることができるため、高放熱の筐体をより小型に実現することができる。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１００車載制御装置、１０１メインバッテリ、１０２サブバッテリ、１外部接続コネクタ、１ａ第一の外部接続コネクタ、１ｂ第二の外部接続コネクタ、２金属カバー、２ａ第一の金属カバー、２ｂ第二の金属カバー、３金属ベース、３１ヒートシンク部、４インターフェース基板、４１フレームＧＮＤ、４２フレームＧＮＤパターン、４３システムＧＮＤ、４４システムＧＮＤパターン、４５カップリングコンデンサ、４６フィルタコンデンサ、４７ノイズフィルタ、５基板間コネクタ、５ａ第一の基板間コネクタ、５ｂ第二の基板間コネクタ、６制御基板、６ａ第一の制御基板、６ｂ第二の制御基板、６１ａ第一の制御回路、６１ｂ第二の制御回路、６２電子部品、６３伝熱材、７ａ第一の中継用基板間コネクタ、７ｂ第二の中継用基板間コネクタ、８中継基板、９基板間コネクタ支え用突起

Claims

外部と接続するインターフェース基板と外部情報を受けて制御を行う制御基板を含む複数枚の基板を収納可能な金属筐体を構成する金属カバーと金属ベース、前記インターフェース基板を外部と接続する第一の外部接続コネクタおよび第二の外部接続コネクタを備え、
前記第一の外部接続コネクタは第一の基板間コネクタに、前記第二の外部接続コネクタは第二の基板間コネクタへ、それぞれ前記インターフェース基板において接続されており、前記第一の基板間コネクタおよび前記第二の基板間コネクタは前記制御基板に接続される車載制御装置であって、
前記第一の外部接続コネクタにはメインバッテリから供給される電源とＧＮＤを含む制御信号が接続され、前記第二の外部接続コネクタにはサブバッテリから供給される電源とＧＮＤを含む制御信号が接続されており、
前記第一の外部接続コネクタと前記第二の外部接続コネクタから供給される各制御信号は、インターフェース基板に設けられた前記金属ベースと電気的に接続されているフレームＧＮＤとの間のカップリングコンデンサを介して供給されるものであり、
前記第一の外部接続コネクタと前記第二の外部接続コネクタはインターフェース基板のシステムＧＮＤを介して接続されるとともに、前記第一の基板間コネクタおよび前記第二の基板間コネクタを介して前記制御基板のシステムＧＮＤへ接続されており、
前記制御基板は前記インターフェース基板と着脱可能であることを特徴とする車載制御装置。
前記インターフェース基板にはカップリングコンデンサおよびノイズフィルタが設けられており、
前記第一の外部接続コネクタと前記第二の外部接続コネクタが実装される前記インターフェース基板には、フレームＧＮＤのフレームＧＮＤパターンが設けられており、前記第一の基板間コネクタと前記第二の基板間コネクタが実装される前記インターフェース基板には、システムＧＮＤのシステムＧＮＤパターンが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の車載制御装置。
前記基板間コネクタが実装されている前記インターフェース基板または前記制御基板の裏面に対向している前記金属ベースまたは前記金属カバーには、前記基板間コネクタの実装位置の裏側の基板に対向して基板間コネクタ支え用突起が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車載制御装置。
前記制御基板に搭載している電子部品は、伝熱材を介して前記金属カバーへ伝熱する放熱構造を備え、前記制御基板は前記金属カバーに固定された状態で、前記インターフェース基板および前記金属ベースと着脱可能であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の車載制御装置。
前記制御基板は第一の制御基板と第二の制御基板で構成されており、前記第一の基板間コネクタには第一の制御基板が接続されており、前記第二の基板間コネクタには第二の制御基板が接続されており、
前記第一の制御基板と前記第二の制御基板の間は、前記インターフェース基板によって接続されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の車載制御装置。
前記金属ベースには第一の中継用基板間コネクタと第二の中継用基板間コネクタを設けた中継基板が備えられており、
前記第一の中継用基板間コネクタの端子と前記第二の中継用基板間コネクタの端子は前記中継基板を介して接続されており、
前記中継基板は、前記インターフェース基板が設けられた前記金属ベースの辺と対向する辺に沿った位置で、前記金属ベースに固定されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の車載制御装置。
前記制御基板は、第一の制御基板と第二の制御基板とで構成されており、
前記第一の制御基板には、前記第二の基板間コネクタおよび前記第二の中継用基板間コネクタの高さよりも低い高さの第一の基板間コネクタおよび第一の中継用基板間コネクタが設けられ、前記第二の制御基板には、前記第一の基板間コネクタおよび前記第一の中継用基板間コネクタの高さよりも高い高さの第二の基板間コネクタおよび第二の中継用基板間コネクタが設けられており、前記第一の制御基板と前記第二の制御基板は上下に平行に重なって配置されていることを特徴とする請求項６に記載の車載制御装置。
前記第一の制御基板は前記金属カバーを構成する第一の金属カバーに、前記第二の制御基板は前記金属カバーを構成する第二の金属カバーにそれぞれ固定されており、
前記制御基板のそれぞれに設けられた部品の発熱は、伝熱材を介して前記金属カバーのそれぞれに伝熱されるものであり、
前記制御基板のそれぞれは、前記金属カバーのそれぞれに組付けられて一体になった状態で、個別に前記インターフェース基板および前記金属ベースと脱着が可能であることを特徴とする請求項７に記載の車載制御装置。
前記インターフェース基板は前記制御基板よりも面積が小さく、前記金属ベースの前記インターフェース基板を搭載していない部分にはヒートシンク部が設けられており、前記制御基板に設けられた電子部品の熱は前記ヒートシンク部によって放熱されることを特徴とする請求項１または請求項８に記載の車載制御装置。